高中物理选修3-4教学设计4：13.1 光的反射和折射教案

13、1光的反射和折射的教学设计教学目标一、知识目标1.知道反射定律的确切含义，并能用来解释有关现象.2.知道反射现象中光路是可逆的，并能用来处理有关问题.3.知道平面镜成像特点及作图方法.4.理解折射定律的确切含义，并能用来解释有关的光现象和计算有关的问题.[5.知道折射光路是可逆的，并能用来处理有关的问题.6.知道折射率的定义及其与光速的关系，并能用来进行有关的计算.二、能力目标1.会用反射定律解释有关现象和处理有关问题.2.会用折射定律计算有关的问题，能理解折射率与光速的关系，并能用来进行有关的计算.三、德育目标1.通过观察演示实验，培养学生的观察、概括能力，通过相关物理量变化规律的教学，培养学生分析、推理能力.2.渗透物理研究和学习的科学态度教育.●教学重点光的折射定律.折射率概念.●教学难点光的折射定律和折射率的应用.●教学方法本节课成功的关键在于做好实验.通过实验先定性观察再定量测量，引导学生对测量数据进行分析、归纳.再来领略前人所做的思考从而领会数据分析的几种常用方法——比值法、乘积法、加减法、图象法等，为学生今后对实验数据的处理打开思路.最后通过例题练习巩固所学内容.教学过程一、引入新课我们已经知道了，光在同一均匀介质中是沿着直线传播的，那么，当介质不均匀或当光从一种介质进入另一种介质中时，会发生什么现象呢？［学生］反射，折射［教师］对，这一节课，我们先简要地复习光的反射，再深入地研究光的折射现象.二、新课教学（一）光的反射现象反射定律1.介绍光学演示仪，指明观察对象——光在从一种介质（空气）进入另一种介质（玻璃）时发生的现象（半圆柱玻璃砖直面柱心正对入射光）2.演示：光在到达空气和玻璃的交界面处时，一部分光被反射回空气中，另一部分光进入玻璃继续传播，但传播方向发生了改变.3.学生边观察边回忆反射定律：转动光具盘以改变入射角，让前排学生读出几组入射角和反射角数据.两者相等.同时提醒学生注意.光具盘面是竖直的，在这个面上同时能看到反射光线和入射光线.说明两线共面，又因为法线也在这个面内.故三线共面.4.归纳反射定律：三线共面两角相等.5.反射光路可逆（二）平面镜成像及作图1.让学生回忆平面镜成像的特点：正立、等大、异侧、虚像、对称.2.教师简述平面镜成像原理、作图方法并予以示范.a.平面镜成像原理：如图，光点S入射到平面镜的光线，其反射光线的反向延长线的交点即为S的像，人眼根据光沿直线传播的经验，感觉反射光都是从S′发出的.b.平面镜成像作图.讲：两条光线即可确定像点的位置.所以无需多画.步骤是：（1）由对称性确定像点的位置；（2）任意画两条入射光线；（3）过像点作出对应的两条反射光线；（4）若是作物体AB的成像光路图，则只需作出A、B点的成像光路图.连接A、B点即可.（三）折射定律师：光从空气射入玻璃这一介质时，传播方向发生了改变，我们把这种光从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象，叫做光的折射。

[课件演示：光的折射]入射光线与法线间的夹角θ1 叫入射角，折射光线与法相间的夹角θ2叫做折射角。

教师引导学生复习初中学过的光的折射定律。

[多媒体辅助] 折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居于法线的两侧。

师：但是，入射角跟折射角之间究竟有什么关系呢？现在我们做实验看看。

[多媒体辅助] 介绍仪器特别是半圆形玻璃砖的直面是沿刻度盘的90°——90°刻度线放置的，当激光器发出的一束水平细光束有空气进入半圆形玻璃砖的直面，即界面时，垂直直面的0°——0°刻度线为二者界面的法线。

[演示一]将半圆形玻璃砖放在适当位置，打开激光演示仪，让激光器发出的一束激光照在半圆形透明玻璃砖的直面上，改变入射角，让学生观察折射角、入射角的变化情况以及在两种介质的分解面上反射光线、折射光线的能量改变情况。

[多媒体辅助、由学生小结]随入射角的增大，折射角也增大，且反射光线的能量比例逐渐增大，折射光线的能量比例逐渐减小。

师：那么折射角是随入射角成正比例的增加，还是成平方、成平方根的增加，还是其他关系，折射角与入射角之间确切的定量关系究竟是怎样的呢？下面我们看一组实验数据。

师：请同学们分析一下表中数据，θ1、θ2间具有怎样的定量关系？结论：入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。

如果用n来表示这个比例常数，则有sinθ1/ sinθ2=n12师：这就是光的折射定律。

对于折射现象，人类早在公元140年就进行了测量，直到1621年才有斯涅尔找到了折射角与入射角之间的这种定量关系。

可见，发现或总结一个物理规律需要坚强的毅力和持之以恒的科学精神。

因此，折射定律又叫斯涅尔定律。

同学们知道：“反射现象中光路是可逆的”，折射现象光路也可逆吗？[演示二]让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光就会逆着原来的入射光线发生折射。

即：折射现象中光路是可逆的。

（课件演示：折射现象光路可逆） （四）折射率师：光从空气射入玻璃中，入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数1.50，那么，当光从空气射入其他介质如水中时，这个比例常数还是1.50吗？下面我们用实验求证一下。

[演示三]将刻度盘放入水槽中，加水恰好至90°线。

入射光线要恰好通过中点O ，记录几组数据并处理。

师：可见，入射角的正弦与折射角的正弦之比仍是一个常数，但对水来说，这个常数不是1.50而是1.33。

如果换用金刚石，这个常数则为2.42。

由此可见，这个常数是一个与介质有关的量，介质不同这个常数不同。

我们从比较表一、表二中的数据来看，在入射角相同的情况下，常数大的折射角小，说明常数大的折射光线偏离原来入射光线的方向较大，我们也就可以说常数较大的这种介质对光线的偏折能力较大。

而常数较小的，折射角反而大，折射光线偏离原来入射光线的方向也就较小，说明介质对光线的偏折能力也小，因此，这个常数反映了介质对光线的偏折能力，我们把这个常数定义为介质的折射率。

21sin sin θθ=n （真空射入其它介质） 物理意义：折射率是反映介质对光的偏折能力大小的物理量，是介质的光学性质，由介质本身决定，与θ1、θ2无关。

研究表明，光在不同介质中的传播速度不同。

在介质中传播速度v 与折射率的关系为nc v[自学讨论]学生教材52页有关内容，讨论并回答如下问题： ［多媒体投影］1、为什么任何介质的折射率都大于1？2、光在同一均匀介质中传播时，介质对光所呈现出来的折射率n 是多少?3、光由其他介质射入空气时，n = sin θ1/ sin θ2 是否还适用，如果适用θ1、θ2 分别应是什么角？[学生回答] 1、光在真空中的传播速度为c ，而在其它介质中，光的传播速度v<c ，介质的折射率也就大于1。

（老师补充）因此，当光线由空气射入介质时，如由空气射入玻璃、水中（教师形象示范出），折射角小于入射角，叫近法线折射；当光线由介质射入空气时，如由玻璃或水射入空气中，折射角大于入射角，叫远法线折射。

2、同一均匀介质中光速相同，n =v /v =13、适用。

θ1、应为折射角，θ2应为入射角。

即计算某种介质的折射率时，公式中θ1为空气中的光线与法线的夹角，θ2为介质中的光线与法线的夹角。

［实验］测定玻璃的折射率每四个学生一组，利用插针法，掌握测定玻璃折射率的原理和方法。

教师巡回指导，发现问题并及时纠正。

［讨论］实验中应该采取哪些措施以减小误差？ 如：入射角适当大一些；大头针的距离适当远一些等。

［利用课件投影例题］如图1所示，一储油桶，底面直径与高均为d 。

当桶内无油时，从某点A 恰能看到桶底边缘上的某点B 。

当桶内油的深度等于桶高的一半时，由点A 沿方向AB 看去，看到桶底上的点C ，两点C 、B 相距d /4。

求油的折射率和光在油中的传播速度。

解：如图2所示，因底面直径于桶高相等，由此可知∠A OF =∠ABG =45°；由OD =2CD 可知∠COD 的正弦sin ∠COD =22ODCD CD =51油的折射率n =sin ∠AOF /sin ∠COD =210光在油中的传播速度v =c /n =1.9×108m/s[小结]眼睛在A 点看到C 点的实际上是进入眼睛的折射光线OA 反向延长线上的C 点的象，且在C 点的正上方。

故放入水中的硬币看上去好像变浅了，水中的筷子向上折了。

（三）课堂总结、点评通过今天的学习，我们不仅确定了入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个常数的定量关系，得出了折射定律，而且我们还定义了介质的折射率，它反映了介质的光学特性。

我们还学习了用插针法测定玻璃折射率的方法。

（四）课余作业完成P54“问题与练习”的题目。

附：课后训练1、斜插入水中的筷子与竖直方向成45°角，由空气中向下观察看，看到筷子筷子在水中的部分与竖直方向所成的角为θ，则（）（A ） θ<45° （B ） θ>45° （C ） θ=45° （D ）条件不足，不能确定[答案]（B）2、光从空气射入折射率为3的介质中，反射光线恰垂直于折射光线，求入射角为多大？（该题教师要先画出光路图，而后再让学生做题）（[答案]60°）。